JP3021085B2 - 産業用ロボットのツール取付寸法算出方法 - Google Patents

産業用ロボットのツール取付寸法算出方法

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JP3021085B2 JP3125857A JP12585791A JP3021085B2 JP 3021085 B2 JP3021085 B2 JP 3021085B2 JP 3125857 A JP3125857 A JP 3125857A JP 12585791 A JP12585791 A JP 12585791A JP 3021085 B2 JP3021085 B2 JP 3021085B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、位置データの高精度な
再現を可能としうる産業用ロボットのツール取付寸法算
出方法に関し、産業用ロボット全般に適用可能なもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来の一般的な産業用ロボットの外観を
図4に表し、この図に基づき従来の技術を説明する。制
御装置2と接続されたロボット機体1の先端部のツール
取付面5に、ツール(例えば、スポット溶接ガン)3が
取付けられている。そして、制御装置2に、教示用のテ
ィーチングボックス4が接続されている。
【0003】この産業用ロボットのリモート操作を行う
際には、ロボット機体1のツール取付面5に取付けられ
たツール3に座標系(以下「ツール座標」という)Cを
設定し、このツール座標Cを基準として動作を行うこと
として、操作の容易化を図っている。
【0004】即ち、図4に示すツール3の基準位置であ
るTCP(Tool CenterPoint)を原点
とし、ツール3の動作方向に合わせた軸(例えば、ツー
ル3であるスポット溶接ガンの加圧方向をZ軸、ツール
3の進行方向をY軸とする。)をツール座標Cの座標軸
として想定し、このツール座標の座標軸に合致させてロ
ボット機体1が動作するように成っている。従って、テ
ィーチングボックス4の軸操作ボタンの内の例えば「Y
+」の軸操作ボタンを押すことにより、Y軸に沿ってツ
ール3が動くように、ロボット機体1の各軸1aを制御
装置2が制御している。また、ツール3の姿勢を変える
際には、TCPを中心として回転動作する機能を有して
いるものも存在する。
【0005】尚、ロボット機体1は、直線,円弧等の軌
跡を描きながら動作を行う機能を有しているが、TCP
はその軌跡を定義する点としても使われている。特に、
ツール3の姿勢が変化しながらの動作(主として再生動
作)をする場合には、TCP以外の点を用いては、所望
の軌跡が得られなかった。
【0006】また、ロボット機体1の位置データとして
の直交座標値が、産業用ロボットのオフラインティーチ
ング及び、直交,円弧等の軌跡動作の必要の為、データ
授受あるいは記憶されることが多い。この場合TCPの
位置及びツール座標Cの座標軸方向がデータとして扱わ
れる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】前述のように、ロボッ
ト機体1の動作に重要なTCP及びツール座標の座標軸
方向であるが、これをデータとして扱いロボット機体1
が正確に動作するためには、ツール3のロボット機体1
への取付寸法及び取付角度が正確に制御装置2に記憶さ
れていることが必要である。
【0008】一般には、ロボット機体1の先端部のツー
ル取付面5に座標系(以下「ハンド座標」という)Bを
想定し、このハンド座標Bで評価したツール取付面5に
対する位置関係であるTCPの位置及びツール座標Cの
座標軸方向をツールデータと定義して用いることとして
いる。そして、使用するツールに応じてそれぞれツール
データを予め制御装置2内に記憶しておき、ティーチン
グボックス4から変数の一種として入力されることとす
る。尚、Aはロボット機体1の据付面を基準とするベー
ス座標である。
【0009】このようにツールデータは用いられている
が、直交座標値で表わされた位置データを産業用ロボッ
トで再生する際においては、ツールデータの正確さがロ
ボット全体の位置精度に大きく影響する。
【0010】この為、ツールデータは、製作図より求め
たデータを数値入力により、制御装置2に記憶させてい
る。しかし、実際に取付けられるツールは、製作時にお
ける誤差を有しており、そのばらつきも大きい。さら
に、ツールのツール取付面5への取付に際しての取付誤
差も大きく、同じ製作図で作製されたツールを交換する
場合でも、細かな位置修正が各教示点ごとに必要であっ
た。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明による産業用ロボ
ットのツール取付寸法算出方法は、ロボット機体のツー
ル取付面に取り付けたツールの一点であるツール・セン
タ・ポイントを基準点としてこの基準点の位置とツール
の姿勢によりロボット機体の軌跡を定義して教示データ
を作成し、この教示データに基づき当該ロボット機体の
制御を行うようにした産業用ロボットのツール取付寸法
算出方法において、ロボット機体のツール取付面に対す
る当該ツールの上記基準点の位置関係を表すツールデー
タが知られている第1のツールを該ツール取付面に取付
けるとともに基準位置である任意の一点を教示し、 その
一点での上記第1のツールのツール・センタ・ポイント
とツール座標の座標軸方向をロボット機体のベース座標
で評価したマトリックスとして表現した位置データを、
上記ツール・センタ・ポイントと上記ツール座標の座標
軸方向を上記ツール取付面に想定したハンド座標で評価
したマトリックスと、上記教示時のハンド座標の原点と
座標軸の方向を上記ベース座標で評価したマトリックス
との積として表し、 その後上記第1のツールを上記ツー
ル取付面から取外して新しい第2のツールを上記ツール
取付面に取付け、 上記第1のツールの教示時の位置及び
姿勢をロボット機体の動作により再現し、このときの新
しいハンド座標の位置と姿勢を表すマトリックスを求
め、このマトリックスと上記位置データを表すマトリッ
クスとに基づき第2のツールデータを求めることを特徴
とする。
【0012】
【作用】ツール取付面に第1のツールが取付けられた状
態で基準位置に第1のツールを移動して、基準位置にお
ける第1のツールの位置及び姿勢のデータを記憶する。
【0013】ツール取付面に取付けた第2のツールで、
第1のツールの位置及び姿勢を再現する。そして、この
時のツール取付面の位置及び姿勢のデータと、第1のツ
ールの位置及び姿勢データとから、第2のツールのツー
ルデータを算出する。
【0014】
【実施例】本発明の一実施例を図1から図3に示し、こ
れらの図に基づき本実施例を説明する。尚、従来の技術
で説明した部材と同一部材には同一符号を付し、重複す
る説明は省略する。
【0015】本実施例に係る産業用ロボットの制御シス
テムのブロック図を表す図1に示すように、ロボット機
体1は、ロボット機体1自体を動かすモータ12、モー
タ12に連結してモータ12の回転を制御するブレーキ
13及び、モータ12による各軸の位置及び速度を検出
する位置・速度検出器11等から構成されている。
【0016】制御装置2のサーボ駆動部22は、位置・
速度検出器11により監視された各軸1aの位置等に合
わせて速度指令をサーボドライバ21に与えるように成
っていて、これにより位置制御ループが構成されてい
る。そして、このサーボ駆動部22が、動力の供給遮断
に伴ってモータ12に連結したブレーキ13を制御して
いる。
【0017】一方、サーボドライバ21は、位置・速度
検出器11から速度データを得て、モータ12への電流
を制御し、これにより速度制御ループが構成されてい
る。
【0018】また、制御装置2の中央処理装置24は、
操作パネル26あるいは教示用のティーチングボックス
4からの指令により、サーボ駆動部22を動作し、さら
に、この中央処理装置24は、必要なデータを記憶装置
25に入出力すると共に、必要な演算を演算部23で行
わせるように、それぞれと接続されている。尚、記憶装
置25は、図示しないパラメータ記憶部分及び位置デー
タ記憶部分などの記憶領域を有している。
【0019】次に、図2及び図3を用いてツールデータ
算出の為の計算方法について説明する。
【0020】まず、ツールデータの判明しているツール
3及び治具30を用いて基準位置である任意の1点を教
示し、その点での位置データを4×4マトリックス
(P)として表わすこととする。そして、制御装置2内
でマトリックス(P)を次の計算により求め、位置デー
タとして記憶する。
【数1】(P)=(H)O ・(TH O ここで(P)は、ツール3のTCPとツール座標Cの座
標軸方向をロボット機体1のベース座標Aで評価して4
×4マトリックス表現したものである。(TH O は、
既知のツールデータからツール3のTCPとツール座標
Cの座標軸方向をツール取付面5に想定したハンド座標
Bで評価した4×4マトリックスである。(H)O はそ
のツール3を取付けて教示した時のハンド座標Bの原点
と座標軸の方向をロボット機体1のベース座標Aで評価
した4×4マトリックスでその時のロボット機体1の各
軸1aの位置から求められる。
【0021】次に新しいツール6を取り付けて上記と同
じ位置と姿勢を再現すると、その時のロボット機体1の
各軸1aの位置から新しいハンド座標Bの位置と姿勢を
表わすマトリックス(H)N が求められる。マトリック
ス(P)は変わらないことから新しいツールデータを表
わすマトリックス(TH N は、
【数2】(TH N =(H)N -1・(P) で求められ、このマトリックス(TH N が新しいツー
ルデータとなる。
【0022】次に、以上のような構成の産業用ロボット
の動作,作用について説明する。
【0023】図2に示される第1のツールであるツール
3のツールデータあるいは、ツールデータから得られる
マトリックス(TH O は、記憶装置25のパラメータ
記憶部分に記憶される。このツールデータの知られたツ
ール3で、治具30あるいは他のワークの基準となる点
にツール3のTCP及び座標軸の方向を合わせて位置決
めをし、この状態でティーチングボックス4により記憶
操作を行う。
【0024】すなわち、この状態でのロボット機体1の
各軸1aの位置を位置・速度検出器11で検出し、これ
によって得られる軸角度からマトリックス(H)O が求
められる。
【0025】従って、(H)O と先に求めたマトリック
ス(THO から数1によりマトリックス(P)が算出
され、位置データとして記憶装置25内の位置データ記
憶部分に記憶される。
【0026】次に、図3に示すように、第2のツールで
ある新たなツール6を取付け、図2のツール3と同じ位
置及び姿勢となるように、ツール6のTCPと座標軸の
方向を合わせる。
【0027】そして、この状態でティーチングボックス
4又は操作パネル26の図示しないファンクションスイ
ッチを押すことにより、ロボット機体1の各軸1aの位
置を読み取ってマトリックス(H)N を求める。この一
方、記憶装置25から前述の位置データであるマトリッ
クス(P)を読み出して、数2により、新しいツールデ
ータのマトリックス(TH N を算出して求め、記憶装
置25のパラメータ記憶部分に記憶する。尚、ツールデ
ータの形式はオイラー角等が産業用ロボットの機種によ
り異なり、ここでは省略する。
【0028】さらに、新たに求められたツール6のツー
ルデータの格納場所は、ツール3のツールデータと同じ
場所でもよく、別の場所に別のツールデータとして格納
することとしてもよい。
【0029】尚、マトリックス(P)を求める行為は、
記憶済みの位置データで代用してもよい。また、第1の
ツールは、ツールデータ測定用の治具などであってもよ
い。
【0030】
【発明の効果】本発明の産業用ロボットのツール取付寸
法算出方法によれば、以前に取付けられていたツールと
同一の位置及び姿勢を新たなツールで再現し、この時の
ツール取付面の位置及び姿勢のデータの値から第2のツ
ールのツールデータを算出することにした結果、以下の
ような効果を得ることが出来ることとなった。
【0031】ツールの形状,寸法の異なる新たなツール
の取付交換時あるいは同一のツールであってもツールの
破損等による取付交換時において、新しいツールデータ
を正確に算出可能となり、ロボット機体全体の位置精度
を高めることが出来るようになった。
【0032】従って、オフラインティーチング等により
直交座標値で与えられた位置データの再現精度が向上す
る他、ツール交換による再生位置の位置ずれがなくな
り、位置データの修正の必要もなくなる。特に、ベース
座標で過去に教示したデータを使用するので、摩耗等に
よりツールセンターポイントがずれた工具や、交換によ
り誤差が異なる工具を使用しても、高い精度はそのまま
保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る産業用ロボットの制御
システムのブロック図である。
【図2】本発明の一実施例に係る産業用ロボットの側面
図であって第1のツールが取付けられた状態を示す図で
ある。
【図3】本発明の一実施例に係る産業用ロボットの側面
図であって第2のツールが取付けられた状態を示す図で
ある。
【図4】従来技術に係る産業用ロボットの側面図であ
る。
【符号の説明】
1 ロボット機体 2 制御装置 3,6 ツール 4 ティーチングボックス 5 ツール取付面 11 位置・速度検出器 12 モータ 13 ブレーキ 21 サーボドライバ 22 サーボ駆動部 23 演算部 24 中央処理装置 25 記憶装置 26 操作パネル A ベース座標 B ハンド座標 C ツール座標
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−43711(JP,A) 特開 昭63−296103(JP,A) 特開 昭63−193203(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G05B 19/18 B25J 9/16

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ロボット機体のツール取付面に取り付け
    たツールの一点であるツール・センタ・ポイントを基準
    点としてこの基準点の位置とツールの姿勢によりロボッ
    ト機体の軌跡を定義して教示データを作成し、この教示
    データに基づき当該ロボット機体の制御を行うようにし
    た産業用ロボットのツール取付寸法算出方法において、ロボット機体のツール取付面に対する当該ツールの上記
    基準点の位置関係を表すツールデータが知られている第
    1のツールを該ツール取付面に取付けるとともに基準位
    置である任意の一点を教示し、 その一点での上記第1のツールのツール・センタ・ポイ
    ントとツール座標の座標軸方向をロボット機体のベース
    座標で評価したマトリックスとして表現した位置データ
    を、上記ツール・センタ・ポイントと上記ツール座標の
    座標軸方向を上記ツール取付面に想定したハンド座標で
    評価したマトリックスと、上記教示時のハンド座標の原
    点と座標軸の方向を上記ベース座標で評価したマトリッ
    クスとの積として表し、 その後上記第1のツールを上記ツール取付面から取外し
    て新しい第2のツールを上記ツール取付面に取付け、 上記第1のツールの教示時の位置及び姿勢をロボット機
    体の動作により再現し、このときの新しいハンド座標の
    位置と姿勢を表すマトリックスを求め、このマトリック
    スと上記位置データを表すマトリックスとに基づき第2
    のツールデータを求めることを 特徴とする産業用ロボッ
    トのツール取付寸法算出方法。
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